互斥锁与锁粒度

从“线程更多为什么没有更快”开始

先看真实任务：提交互斥锁与锁粒度的输入、分区、调度、结果摘要和串并行对照。只报告并行版更快没有意义，因为输入、版本、工作者数、预热、正确性和窗口都可能变化。本节先固定串行基线及可观察输出，再问哪些工作独立、哪些依赖形成关键路径、哪些共享状态带来同步或通信。（唯一锚点 PC-04-02-A《互斥锁与锁粒度》。）

核心机制是：固定互斥锁与锁粒度的工作单元、依赖和共享状态，先串行基线，再构造并行时间线与成本模型。先画任务节点、数据所有者和先行关系，对每条边注明数据、同步或消息。没有时间线时，“同时执行”只是愿望，竞态、死锁、重复工作和尾部等待都无法定位。（唯一锚点 PC-04-02-B《互斥锁与锁粒度》。）

第一步：串行基线与结果契约

第一步先写确定性的串行参考或手算过程，保存输入、完整输出、校验摘要和原始操作计数。整数结果应逐项一致；浮点规约若改变顺序，要声明误差界、比较方式和可复现模式。性能优化不能以错误答案换速度。（唯一锚点 PC-04-02-C《互斥锁与锁粒度》。）

接着把规模写成元素数、边数、任务数、消息字节和工作集等变量，分别列计算工作、跨度、同步、通信、调度、分配和缓存失效。Big-O相同仍可能因关键路径、局部性与常数开销表现相反。（唯一锚点 PC-04-02-D《互斥锁与锁粒度》。）

接着：逐步构造并行计划

接着把工作划成可编号单元，为每个单元写输入范围、输出位置、读取集、写入集和前置依赖。先用两个工作者手推合法交错，再手推最坏交错；同时写同一位置或无happens-before的一读一写，必须以所有权、局部规约、原子、同步或消息重构。（唯一锚点 PC-04-02-E《互斥锁与锁粒度》。）

简化模型有14个单元，每个3次基本操作，计算工作 14×3=42。随后另列线程创建、任务入队、屏障、缓存行转移和消息开销，不能把它们偷藏进常数；粒度太细时并行开销会超过有效工作。（唯一锚点 PC-04-02-F《互斥锁与锁粒度》。）

然后：确定性实验与时间线

然后运行固定调度或离散事件仿真，输出分区、任务领取、依赖完成和合并顺序；真实CPU线程测量则把调度波动与结果契约分开。四组测试覆盖单工作者、工作者多于任务、不能整除的余数和高度不均负载。（唯一锚点 PC-04-02-G《互斥锁与锁粒度》。）

记录解释器/编译器、核心数、输入种子、重复次数和原始结果。用中位数与分位数展示分布，保留冷启动和异常值并说明规则。一次墙钟变快不能证明机制，需由计数、trace或瓶颈模型支持。（唯一锚点 PC-04-02-H《互斥锁与锁粒度》。）

最后：故障注入与边界复核

最后主动去掉同步、减小块、制造长任务、让消息乱序、让工作集越过缓存或提高串行比例。边界是：规模、工作者数、块大小、分布或交错改变时必须重新验证。先预测首个错误或性能拐点，再用校验、任务时间线和成本分解定位。（唯一锚点 PC-04-02-I《互斥锁与锁粒度》。）

常见误区包括把并发当并行、把线程数当加速比、把平均时间当尾延迟、把无数据竞争当结果确定、把原子当复合事务、把GPU线程当CPU线程、把发送完成当对端已消费。每项都要构造最小反例。（唯一锚点 PC-04-02-J《互斥锁与锁粒度》。）

工作、跨度、内存与通信

同一算法同时检查工作W、跨度T∞、处理器数P、内存流量、通信量与同步次数。理想时间下界为 max(W/P,T∞)，实际时间还叠加调度、同步、通信和缓存成本；公式只有在规模和假设明确时才成立。（唯一锚点 PC-04-02-K《互斥锁与锁粒度》。）

向前连接Programming II的抽象、测试和资源生命周期，向后连接分布式系统的消息、故障与一致性。并行课研究工作分解、依赖和资源映射，性能工程要求用可重复测量证明瓶颈与优化因果。（唯一锚点 PC-04-02-L《互斥锁与锁粒度》。）

在线练习与严格验收

本节绑定单选、多选和计算题；章节另有确定性Python实验，均四个测试且不依赖GPU。代码题输出稳定结果、计划或计数，不用不可复现的墙钟阈值判分。完成后补第五个退化输入并解释复杂度与正确性。（唯一锚点 PC-04-02-M《互斥锁与锁粒度》。）

下课前闭卷自检

一，写串行结果契约。二，画任务DAG与关键路径。三，列读写集。四，解释固定互斥锁与锁粒度的工作单元、依赖和共享状态，先串行基线，再构造并行时间线与成本模型。五，构造余数或长尾反例。六，分解计算、同步、通信和内存成本。七，说明如何复现实验。（唯一锚点 PC-04-02-N《互斥锁与锁粒度》。）

若答案仍是“多开线程”“换GPU”“加锁就行”，回到串行基线、任务时间线和成本模型。合格标准是结果可复核、提升可重复、瓶颈有证据，并知道条件改变时结论为何失效。（唯一锚点 PC-04-02-O《互斥锁与锁粒度》。）